天津地区建筑朝向对住宅采暖耗热量的影响分析

秦小娜 王晓磊 唐湘军

摘要：随着建筑数量的增加以及人们对室内舒适度要求的不断提高，建筑采暖所消耗的能源越来越多。本文采取能耗模拟的方法，以天津市某住宅建筑为例，针对针对建筑朝向对住宅采暖耗热量的影响进行研究，给出了模型建筑不同朝向下采暖耗热量的数值，并对天津地区住宅建筑的最佳朝向给出了建议。

关键词：采暖耗热量 朝向 住宅 天津

中图分类号：TU832文献标识码： A

1 引言

建筑能耗，通常指的是建筑使用能耗，一般包括照明、采暖、空调、电梯、热水供应、烹调、家用电器以及办公设备等能耗。根据联合国环境署的统计，全世界范围，建筑领域的能耗大约占社会总能耗的30%~40%。其中采暖能耗在建筑能耗占有很大的比重。采暖能耗是指用于建筑物采暖所消耗的能量。随着建筑数量的增加以及人们对室内舒适度要求的不断提高，建筑采暖所消耗的能源越来越多，同时，大量的燃煤锅炉房使得环境污染越来越严重。尤其北方城市冬季特有的雾霾现象，更使得人们正视能源消耗及环境污染的问题。对采暖能耗的影响因素进行研究，并采取措施降低采暖能耗，成为当务之急。影响采暖能耗的因素很多，包括：室外气象参数、建筑朝向、建筑体形系数、围护结构传热系数、气密性、窗墙比、室内舒适度要求以及人们生活习惯等等。本文采用能耗模拟的方法针对建筑朝向对住宅采暖耗热量的影响进行研究。

2 工程概况

该住宅位于天津市，设计时间为2010年，建筑面积为6200m2，地上18层地下一层，总建筑高度为50.4m。围护结构传热系数如下表所示：

表1 围护结构传热系数

围护结构部位 传热系数（W/m2·k）

屋面 0.5

外墙（包括非透明幕墙） 0.6

架空或外挑楼板 0.6

外窗（包含透明幕墙） 2.7

3 模拟研究

3.1物理模型

IES是由英国IES公司开发的集成化建筑模拟软件，其核心思想是通过建立一个三维模型，来进行各种建筑功能分析，减少了重复建模的工作，保证了数据的准确和工作的快捷。VE包括十几个模块，涉及到能耗、采光、日照、电梯分析、管路设计、流体计算等众多领域。在本文的模拟计算中涉及的模块主要包括：9 T; N4 a) ]# s* bModelIT：三维建模工具；ApacheCal：供暖，制冷负荷计算工具；- V; n+ B+ t+ @: a4 lApacheSim：动态负荷计算工具，可逐时分析建筑的负荷；ApacheHVAC：建筑空调系统模拟工具。

运用IES-VE建立物理模型如下：

图1 建筑物理模型图

3.2 室内外设计参数

模拟中采用《中国建筑热环境分析专用气象数据集》（中国气象局气象信息中心气象资料室）中天津典型气象年的气象参数计算，冬季采暖室外计算干球温度为 -7℃。室内设计参数如下表所示：

表2 室内采暖温度汇总表

房间名称 室内采暖温度（℃）

起居室 20

卧室 20

餐厅 20

厨房 15

卫生间 20

3.3 采暖期

该地区采暖期为11月13日-3月13日；该住宅建筑每天24小时供暖。

3.4 人员、照明、设备及作息情况

该模型中最大房间人员密度按照4/间计算，具体人员密度及作息如下：

表3 人员密度及作息表

单位（人） 工作日 节假日

时刻 起居室 餐厅 卧室 起居室 餐厅 卧室

1:00~6:00 0 0 2 0 0 2

6:00~8:00 4 4 0 4 4 0

8:00~11:00 0 0 0 2 2 0

11:00~13:00 4 4 0 2 2 0

13:00~17:00 0 0 0 2 2 0

17:00~20:00 4 4 0 4 4 0

20:00~22:00 4 0 0 4 0 0

22:00~24:00 0 0 2 0 0 2

照明功率密度及使用率情况如下：

表4 照明情况汇总表

房间 起居室 卧室 餐厅 厨房 卫生间 走道

照明功率密度（W/m2） 7 7 7 7 7 5

表5 照明逐时使用率

—— 工作日

时刻 起居室 餐厅明 卧室 厨房 卫生间 公共走道

1:00~6:00 0 0 0 0 0 0

6:00~8:00 1 1 1 1 1 1

8:00~11:00 0 0 0 0 0 0

11:00~13:00 0 0 0 0 0 0

13:00~17:00 0 0 0 0 0 0

17:00~20:00 1 1 0 1 0 1

20:00~22:00 1 0 1 0 1 1

22:00~24:00 0 0 0 0 0 0

—— 节假日

时刻 起居室 餐厅明 卧室 厨房 卫生间 公共走道

1:00~6:00 0 0 0 0 0 0

6:00~8:00 1 1 1 1 1 1

8:00~11:00 0 0 0 0 0 0

11:00~13:00 0 0 0 0 0 0

13:00~17:00 0 0 0 0 0 0

17:00~20:00 1 1 0 1 0 1

20:00~22:00 1 1 1 0 1 1

22:00~24:00 0 0 0 0 0 0

主要设备功率如下表所示：

表6 主要设备功率汇总

设备名称 电视 电脑 洗衣机 电冰箱

功率密度（W） 133 150 200 115

3.5 不同朝向下采暖耗热量模拟计算

分别模拟以下朝向的采暖耗热量：东、南、西、北、东北、东南、西南、西北。

模拟计算结果如下：

表7 不同朝向采暖耗热量汇总表

朝向 单位面积采暖耗热量（kWh/m2） 相对比例（%）

北 43.01 99.95%

东北 43.03 100.00%

东 42.70 99.25%

东南 42.69 99.21%

南 42.67 99.16%

西南 42.74 99.34%

西 42.76 99.38%

西北 42.91 99.73%

图2 不同朝向单位面积采暖耗热量 kWh/m2

4 结论

通过以上计算分析表明：天津地区的最佳建筑朝向应为南向，采暖耗热量为 42.67 kWh/m2；最不利朝向为东北向，采暖耗热量为43.03 kWh/m2；两者相差0.84%。同时，通过模拟计算得出从采暖耗热量的角度考察，该地区比较适宜的建筑朝向应为南偏东45︒至南偏西45︒。

参考文献：

1 《天津市居住建筑节能设计标准》DB29-1

2 朱光俊，张晓亮，燕达，住宅建筑采暖空调能耗模拟方法的研究，重庆大学学报，第28卷第6期，2006.12